一种基于电流互感器断线的变压器差动保护方法及装置与流程

本发明涉及一种基于电流互感器断线的变压器差动保护方法及装置，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术：

《电业安全工作规程》规定，带电的电流互感器二次回路工作时严禁开路。大机组及超高压设备使用的电流互感器，二次绕组匝数多，开路电压很高。较高的二次电压不但可能使二次绕组和二次设备的绝缘遭到损坏，而且会使铁芯因过热而烧毁，甚至威胁人身安全，所以目前的规程及反措要求对于变压器电流互感器断线通常推荐不闭锁差动保护，但现场运行时也出现过由于保护装置内部CT回路断线造成差动保护误动的情况。

为了防止正常运行时电流互感器二次回路开路产生过电压，目前电流二次回路的电缆和交流输入端子等设备的绝缘都要满足要求，但如果电流互感器二次回路开路后再次发生故障，二次绕组和二次设备的绝缘就会遭到损坏。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于电流互感器断线的变压器差动保护方法及装置，用于解决电流互感器断线后差动保护可能误动及再发生故障时差动保护拒动的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于电流互感器断线的变压器差动保护方法，包括以下方案：

方法方案一：包括以下步骤

步骤1，判断电流互感器是否断线；

步骤2，若电流互感器断线，判断差动保护是否启动；

步骤3，若差动保护启动，瞬时判别电流互感器断线，否则延时判别电流互感器断线；

步骤4，判定电流互感器断线后，判断断线闭锁差动保护是否投入；若不投入，则电流互感器断线告警并且开放差动保护，若投入，则判断差流大小是否大于设定值；

步骤5，若差流大于设定值，则电流互感器断线告警并开放差动保护；若差流不大于设定值，则告警并且闭锁差动保护。

方法方案二：在方法方案一的基础上，步骤1中判断电流互感器是否断线包括以下步骤：

步骤1-1，判断是否满足电流互感器断线判别的启动条件；

步骤1-2，若满足所述启动条件，对下面的断线判别条件进行判断，所述断线判别条件为：

(1)断线判别启动前变压器本侧三相相电流均不为零，断线判别启动后变压器本侧三相相电流均没有增加；

(2)断线判别启动时变压器其他侧三相相电流均没有变化，包括相电流突变量、零序电流以及负序电流；

(3)断线判别启动时变压器本侧和其他侧三相相电压均没有变化，包括相电压突变量、零序电压以及零序电压突变量；

步骤1-3，若满足上述所有断线判别条件，则判定电流互感器断线。

方法方案三：在方法方案二的基础上，若任意一个断线判别条件不满足，则退出电流互感器断线判别，直接开放差动保护。

方法方案四、五：分别在方法方案二或三的基础上，步骤1-1中所述电流互感器断线判别的启动条件为：

I_Φ1(t-nT)-I_Φ1(t)＞I_SET1

其中，n是一个正整数，表示变压器本侧三相相电流当前周波之前的若干个周波的数目，I_Φ1(t)为断线判别启动时变压器本侧的三相相电流幅值，I_Φ1(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧n个周波前的三相相电流幅值，I_SET1为变压器本侧电流门槛值，取值范围为0.06I_N～0.08I_N，I_N为变压器本侧电流互感器的二次额定电流；

步骤1-2中断线判别条件(1)的判别公式为：

其中，K₁为常数，取值范围为1.2～1.4，I_Φ1.min(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧n个周波前的三相电流中的最小相电流幅值；

断线判别条件(2)的判别公式为：

其中，I_Φ2(t)为断线判别启动时变压器其他侧的三相相电流幅值，I_Φ2(t-nT)为断线判别启动时变压器其他侧n个周波前的三相相电流幅值，|I_Φ2(t)-I_Φ2(t-nT)|为断线判别启动时变压器其他侧的三相相电流幅值与断线判别启动时变压器其他侧n个周波前的三相相电流幅值的差值的绝对值，I₂(t)和3I₀(t)分别为断线判别启动时变压器其他侧的负序电流幅值和零序电流幅值，I_SET2为变压器其他侧电流门槛值，取值范围为0.08I_N～0.2I_N；

断线判别条件(3)的判别公式为：

其中，U_Φ(t)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的三相相电压幅值，U_Φ(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值，|U_Φ(t)-U_Φ(t-nT)|为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的三相相电压幅值与断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值的差值的绝对值，3U₀(t)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的零序电压幅值，3U₀(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值，|3U₀(t)-3U₀(t-nT)|为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的零序电压幅值与断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值的差值的绝对值，U_SET1为变压器三相相电压门槛值，取值范围为0.1U_N～0.2U_N，U_SET2为变压器零序电压门槛值，取值范围为0.02U_N～0.1U_N，U_N为变压器PT二次额定相电压。

方法方案六、七：分别在方法方案一或二的基础上，步骤2中差动保护启动的判别公式为：

I_op＞K₂I_op.0

其中，I_op为差动保护差动电流的幅值，K₂为常数，取值范围为0.8～1.0，I_op.0为差动保护启动电流定值。

方法方案八、九、十：分别在方法方案一、四或五的基础上，步骤3中若差动保护启动，经5ms瞬时判定电流互感器断线，若差动保护未启动，延时10s判定电流互感器断线。

方法方案十一、十二：分别在方法方案一或二的基础上，步骤4中差流大小大于设定值的判别公式为：

I_op＞K₁I_e

其中，I_e为变压器高压侧额定负荷电流。

方法方案十三、十四：分别在方法方案四或五的基础上，n等于2。

本发明还提供了一种基于电流互感器断线的变压器差动保护装置，包括以下方案：

装置方案一：包括

用于判断电流互感器是否断线的单元；

用于若电流互感器断线，判断差动保护是否启动的单元；

用于若差动保护启动，瞬时判别电流互感器断线，否则延时判别电流互感器断线的单元；

用于判定电流互感器断线后，判断断线闭锁差动保护是否投入；若不投入，则电流互感器断线告警并且开放差动保护，若投入，则判断差流大小是否大于设定值的单元；

用于若差流大于设定值，则电流互感器断线告警并开放差动保护；若差流不大于设定值，则告警并且闭锁差动保护的单元。

装置方案二：在装置方案一的基础上，用于判断电流互感器是否断线的单元包括：

用于判断是否满足电流互感器断线判别的启动条件的模块；

用于若满足所述启动条件，对下面的断线判别条件进行判断的模块，所述断线判别条件为：

(1)断线判别启动前变压器本侧三相相电流均不为零，断线判别启动后变压器本侧三相相电流均没有增加；

(2)断线判别启动时变压器其他侧三相相电流均没有变化，包括相电流突变量、零序电流以及负序电流；

(3)断线判别启动时变压器本侧和其他侧三相相电压均没有变化，包括相电压突变量、零序电压以及零序电压突变量；

用于若满足上述所有断线判别条件，则判定电流互感器断线的模块。

装置方案三：在装置方案二的基础上，所述用于判断电流互感器是否断线的单元还包括若任意一个断线判别条件不满足，则退出电流互感器断线判别，直接开放差动保护的模块。

装置方案四、五：分别在装置方案二或三的基础上，所述电流互感器断线判别的启动条件为：

I_Φ1(t-nT)-I_Φ1(t)＞I_SET1

其中，n是一个正整数，表示变压器本侧三相相电流当前周波之前的若干个周波的数目，I_Φ1(t)为断线判别启动时变压器本侧的三相相电流幅值，I_Φ1(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧n个周波前的三相相电流幅值，I_SET1为变压器本侧电流门槛值，取值范围为0.06I_N～0.08I_N，I_N为变压器本侧电流互感器的二次额定电流；

断线判别条件(1)的判别公式为：

其中，K₁为常数，取值范围为1.2～1.4，I_Φ1.min(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧n个周波前的三相电流中的最小相电流幅值；

断线判别条件(2)的判别公式为：

其中，I_Φ2(t)为断线判别启动时变压器其他侧的三相相电流幅值，I_Φ2(t-nT)为断线判别启动时变压器其他侧n个周波前的三相相电流幅值，|I_Φ2(t)-I_Φ2(t-nT)|为断线判别启动时变压器其他侧的三相相电流幅值与断线判别启动时变压器其他侧n个周波前的三相相电流幅值的差值的绝对值，I₂(t)和3I₀(t)分别为断线判别启动时变压器其他侧的负序电流幅值和零序电流幅值，I_SET2为电流门槛值，取值范围为0.08I_N～0.2I_N；

断线判别条件(3)的判别公式为：

其中，U_Φ(t)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的三相相电压幅值，U_Φ(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值，|U_Φ(t)-U_Φ(t-nT)|为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的三相相电压幅值与断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值的差值的绝对值，3U₀(t)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的零序电压幅值，3U₀(t-nT)为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值，|3U₀(t)-3U₀(t-nT)|为断线判别启动时变压器本侧或其他侧的零序电压幅值与断线判别启动时变压器本侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值的差值的绝对值，U_SET1为变压器三相相电压门槛值，取值范围为0.1U_N～0.2U_N，U_SET2为变压器零序电压门槛值，取值范围为0.02U_N～0.1U_N，U_N为变压器PT二次额定相电压。

装置方案六、七：分别在装置方案一或二的基础上，差动保护启动的判别公式为：

I_op＞K₂I_op.0

其中，I_op为差动保护差动电流的幅值，K₂为常数，取值范围为0.8～1.0，I_op.0为差动保护启动电流定值。

装置方案八、九、十：分别在装置方案一、四或五的基础上，若差动保护启动，经5ms瞬时判定电流互感器断线；若差动保护未启动，延时10s判定电流互感器断线。

装置方案十一、十二：分别在装置方案一或二的基础上，差流大小大于设定值的判别公式为：

I_op＞K₁I_e

其中，I_e为变压器高压侧额定负荷电流。

装置方案十三、十四：分别在装置方案四或五基础上，n等于2。

本发明的有益效果是：

通过判别电流互感器是否断线以及差动保护是否启动，自动选择瞬时判别电流互感器断线或者延时判别电流互感器断线，在判定电流互感器断线后，通过判断断线闭锁差动保护是否投入，来确定是否闭锁差动保护，有效避免了电流互感器断线后差动保护可能误动的现象；若出现差流大于设定值，电流互感器断线告警并开放差动保护，切除故障，防止事故扩大，有效避免了再次发生故障时差动保护拒动的现象。

附图说明

图1是220kV变压器主接线示意图；

图2是基于电流互感器断线的变压器差动保护方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

基于电流互感器断线的变压器差动保护方法主要应用于智能电网的变压器保护装置中，在判定电流互感器断线的情况下，若线路差流不大，即差动保护未开启，差动保护设备发出报警信号，通知调度人员通过倒负荷将变压器停电进行检修处理，以避免因电流互感器二次回路断线引起的主变跳闸。若线路差流增大至断线开放差动保护定值时，则发出报警信号并开放差动保护，以切除故障，避免事故扩大。

以220kV变压器为例，主接线示意图如图1所示。正常运行时变压器高压侧、中压侧和低压侧断路器合闸，高压侧电流互感器和电压互感器分别为TA1和TV1，中压侧电流互感器和电压互感器分别为TA2和TV2，低压侧电流互感器和电压互感器分别为TA3和TV3。正常运行时，如果TA1发生断线且差流大于差动保护启动电流定值，就会造成主变差动保护跳闸。

以变压器高压侧为例，基于电流互感器断线的变压器差动保护方法的流程图如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1，判断变压器高压侧电流互感器是否断线。

其中，判断电流互感器是否断线的具体方法包括以下步骤：

步骤1-1，判断变压器高压侧是否满足电流互感器断线判别的启动条件，启动条件为：

I_Φ1(t-nT)-I_Φ1(t)＞I_SET1

其中，n是一个正整数，表示变压器高压侧三相相电流当前周波之前的若干个周波的数目，I_Φ1(t)为断线判别启动时变压器高压侧的三相相电流幅值，I_Φ1(t-nT)为断线判别启动时变压器高压侧n个周波前的三相相电流幅值，I_SET1为变压器高压侧电流门槛值，取值范围为0.06I_N～0.08I_N，I_N为变压器高压侧电流互感器的二次额定电流。

在本实施例中，正整数n均取为2，在不影响CT断线判别准确性的情况下，也可根据需要进行合适取值，如1、3、4等值。

步骤1-2，判断是否满足下面的断线判别条件：

(1)断线判别启动前变压器高压侧三相相电流均不为零，断线判别启动后变压器高压侧三相相电流均没有增加；

(2)断线判别启动时变压器其他侧三相相电流均没有变化，包括相电流突变量、零序电流及负序电流；

(3)断线判别启动时变压器高压侧和其他侧三相相电压均没有变化，包括相电压突变量、零序电压及零序电压突变量。

断线判别条件(1)的判别公式为：

其中，K₁为常数，取值范围为1.2～1.4，I_Φ1.min(t-nT)为断线判别启动时变压器高压侧n个周波前的三相电流中的最小相电流幅值。

断线判别条件(2)的判别公式为：

其中，I_Φ2(t)为断线判别启动时变压器其他侧(中压侧或低压侧)的三相相电流幅值，I_Φ2(t-nT)为断线判别启动时变压器其他侧(中压侧或低压侧)n个周波前的三相相电流幅值，|I_Φ2(t)-I_Φ2(t-nT)|为断线判别启动时变压器其他侧的三相相电流幅值与断线判别启动时变压器其他侧n个周波前的三相相电流幅值的差值的绝对值，I₂(t)和3I₀(t)分别为断线判别启动时变压器其他侧的负序电流幅值和零序电流幅值,I_SET2为变压器其他侧电流门槛值，取值范围为0.08I_N～0.2I_N。

若中压侧和低压侧中任意一侧的电流不满足上述断线判别条件(2)的判别公式时，则判定不满足断线判别条件(2)。

断线判别条件(3)的判别公式为：

其中，U_Φ(t)为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的三相相电压幅值，U_Φ(t-nT)为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值，|U_Φ(t)-U_Φ(t-nT)|为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的三相相电压幅值与断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的n个周波前的三相相电压幅值的差值的绝对值，3U₀(t)为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的零序电压幅值，3U₀(t-nT)为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值，|3U₀(t)-3U₀(t-nT)|为断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的零序电压幅值与断线判别启动时变压器高压侧或其他侧的n个周波前的零序电压幅值的差值的绝对值，U_SET1为变压器三相相电压门槛值，取值范围为0.1U_N～0.2U_N，U_SET2为变压器零序电压门槛值，取值范围为0.02U_N～0.1U_N，U_N为变压器PT二次额定相电压。

也就是，判定变压器高、中、低三侧的电压是否均满足上述断线判别条件(3)的判别公式，若任意一侧的电压不满足断线判别条件(3)的判别公式，则判定不满足断线判别条件(3)。

步骤1-3，若满足上述所有断线判别条件，则判定变压器高压侧电流互感器断线。

在上述判断变压器高压侧电流互感器是否断线的过程中，若任意一个断线判别条件不满足，则退出电流互感器断线判别，直接开放差动保护。

另外，上述判断电流互感器断线是否断线的方法仅是作为一种具体的实施例，也可以根据现有技术中的其他方法来判断电流互感器是否断线。

步骤2，若电流互感器断线，判断差动保护是否启动，差动保护启动的判别公式为：

I_op＞K₂I_op.0

其中，I_op为差动保护差动电流的幅值，K₂为常数，取值范围为0.8～1.0，I_op.0为差动保护启动电流定值。

步骤3，若差动保护启动，瞬时判别电流互感器断线，否则延时判别电流互感器断线。

其中，设定若差动保护启动，经5ms瞬时判定电流互感器断线；若差动保护未启动，延时10s判定电流互感器断线。在不同应用情况下，用户也可根据需要自行设定瞬时判定时间和延时判定时间。

步骤4，判定电流互感器断线后，判断断线闭锁差动保护是否投入；若不投入，则电流互感器断线告警并且开放差动保护，若投入，则判断差流大小是否大于设定值。

其中，判断断线闭锁差动保护是否投入是根据存储在寄存器中的控制字来确定的。

差流大于设定值的判别公式为：

I_op＞K₁I_e

其中，I_e为变压器高压侧额定负荷电流。

步骤5，若差流大于设定值，则电流互感器断线告警并开放差动保护；若差流不大于设定值，则告警并且闭锁差动保护。

本发明中的基于电流互感器断线的变压器差动保护方法通过判定电流互感器是否断线，在电流互感器断线情况下，兼顾了现有技术中立即闭锁差动或者开放差动两种方案的优点与不足，通过控制字选择闭锁差动保护，有效解决了电流互感器断线后差动保护可能误动及再发生故障时差动保护拒动的问题。

本发明还提供了一种基于电流互感器断线的变压器差动保护装置，包括：

用于判断电流互感器是否断线的单元；

用于若电流互感器断线，判断差动保护是否启动的单元；

用于若差动保护启动，瞬时判别电流互感器断线，否则延时判别电流互感器断线的单元；

用于判定电流互感器断线后，判断断线闭锁差动保护是否投入；若不投入，则电流互感器断线告警并且开放差动保护，若投入，则判断差流大小是否大于设定值的单元；

用于若差流大于设定值，则电流互感器断线告警并开放差动保护；若差流不大于设定值，则告警并且闭锁差动保护的单元。

上述基于电流互感器断线的变压器差动保护装置，实际上是建立在基于电流互感器断线的变压器差动保护方法上的一种计算机解决方案，即一种软件构架，该软件可以运行于保护设备中。由于已对上述的变压器差动保护方法进行了足够清晰完整的介绍，故对该装置中每个单元不再做详细描述。